植物の根と菌類が関わり合う菌根では、菌が土の中から得たリンなどを植物へ渡し、植物から光合成で作った炭素を含む物質を受け取る関係が見られます。菌が根のそばにいるという写真だけで、何を渡したかまで分かるわけではありません。通れるものを変えた実験が手掛かりになります。
ここでは菌根という名前を覚えることに加え、根と菌糸を網で分ける実験を考えます。以下の数値は、実際の特定植物の成績ではなく、実験の比較を読むための模型です。
根を止め、細い菌糸を通す
土を二つの区画へ分け、一方に植物、もう一方に目印を付けたリンを置くとします。区画の境に、根は通れないが細い菌糸は通れる網を入れます。植物側で目印を見つけた場合、菌糸が物質の移動に関わった可能性を調べられます。
ただし、網を通れるのは菌糸だけとは限りません。水に溶けた成分が動く可能性もあります。そこで菌糸がつながった条件と、同じ網で菌糸の接続を妨げた条件を比べます。水の移動や操作そのものの影響をできるだけそろえるのが重要です。
接続を切るために土を動かしたなら、切らない側にも対応する操作をするなど、扱いの違いを検討します。目印が多かったという結果と、菌糸だけが原因だという説明の間には、他の可能性を除く作業があります。
一方向の移動だけでは共生の全体は見えない
植物がリンを受け取ったことと、菌が植物から有機物を受け取ったことは、別々に確かめる情報です。植物側の目印だけを測って、双方が同じ量だけ得をしたと結論することはできません。炭素とリンは物質も単位も違うので、数字をそのまま引き算して利益を表せません。
光合成でできた物質の一部を菌へ渡すなら、植物にはその分の支出があります。それでも土から栄養を得る働きによって成長が助けられる場合があります。どちらの効果が大きいかは、土の条件や組み合わせによって変わります。菌がいれば必ず同じ割合でよく育つ、という固定的な関係ではありません。
植物の乾燥重量、含まれるリンの量、菌側で検出された炭素など、何を測ったかを書き分けます。成長の数字だけが大きくても、受け渡した経路の証拠になるとは限りません。経路を調べる目印と、結果を調べる成長量の役割を区別します。
例題1：背景分を引いて比べる
同じ量の目印付きリンを隣区画に置きました。菌糸がつながる条件で植物から12単位、つながらない条件で3単位を検出しました。後者を背景分として差し引く模型では、接続に対応する増加はいくらですか。これは最初の12単位の何％ですか。
答え・解説： 差は12−3＝9単位です。割合は9÷12×100＝75％です。12単位全てを菌糸の働きとみなすのではなく、接続がなくても検出した分を分けました。ただし引いた9単位が実際に全て同じ経路で運ばれたと断定するには、対照条件が適切だったかも必要です。
例題2：根を通したら何が分からなくなる？
網の目を大きくし、根も通れるようにした条件で20単位を検出しました。菌糸だけが通れる条件の12単位より8単位多いので、「菌の運ぶ能力が8単位増えた」と言えますか。
答え・解説： 言えません。根が直接リンを取り込む新しい経路が加わっています。増加は20−12＝8単位ですが、この差だけでは菌の能力の変化に割り当てられません。根の到達を許したという操作が、比較の意味を変えています。
図では物質ごとに矢印を分ける
根から菌へ向かう矢印には「炭素を含む物質」、菌から根へ向かう矢印には「リンなど」と書きます。両方向を単に「養分」とだけ書くと、同じ物を往復させているように見えます。どちらが何を得たかを具体的に示すことで、関係を説明しやすくなります。
根粒菌との関係や地衣類の共生とも、相手と場所が違います。菌根の菌類を、空気中の窒素を利用する根粒菌と同じものとして扱わないようにします。共生という共通語の下で、登場する生物と移動する物質をそれぞれ確かめます。
実験の結論を書くときは「この条件では、接続のある方で目印が多かった」と結果を先に述べます。その後に「菌糸の移動への関与を支持する」と考察を続けると、観測と推測の距離が明確になります。未知の生物名が登場しても、通路を制限する比較の考え方は同じです。
網が通すものを変えて、経路を絞る
根が通れない網を置いたことだけでは、菌が運んだと決めるには足りません。水に溶けたリンが網を通って根の側へ移る可能性があるからです。菌糸がつながる条件と、つながらない条件の両方で、水分やリンの広がり方をできるだけそろえます。そのうえで植物へ届く量に違いがあれば、菌糸による経路が関わるという説明が強まります。網は見えない物の通り道を切り分ける道具ですが、網の存在そのものが証明になるわけではありません。
例題で12と3の差を9としたのは、比較条件の差に対応する増加分です。植物が受け取った12の全部を菌だけの働きとする値ではありません。また、根も通れる条件の20から12を引いた8には、根が直接取り込めることだけでなく、根と菌の配置が変わった影響が含まれる可能性があります。実験区を増やすほど情報は増えますが、二つの区で変わった条件を一つずつ書かないと、差の意味を取り違えます。
植物から菌へ炭素を渡すことには、植物側の支出という面もあります。リンを多く受け取ったという結果だけで、どの環境でも成長がよくなるとはいえません。リンが十分ある土でも同じ結果になるか、植物の乾燥質量や種子数も増えたか、といった別の測定が必要です。中学入試では、相利共生という分類を覚えることに加えて、その実験で実際に測った利益が何なのかを具体的に答えることが重要です。
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